Od Eratostena do Njutna

Tekst koji sledi nastao je kao priprema za predavanje: Medjuzvezdana prasina – mesto gde je nastao zivot, odrzano maja 2001. godine u Nisu. U nekoliko nastavaka tekst ce u celosti biti objavljen na blogu.

Od svojih prvih dana čovek je težio da otkrije odakle vodi poreklo, kako je nastao, i naravno, zašto uopšte postoji.Ta najstarija čovekova želja, želja za saznanjem nečeg novog, navela ga je na razmišljanje i proučavanje ne samo nastanka ljudske vrste, već on ide još dalje u prošlost, u vreme nastanka Zemlje, Sunca, pa čak i samog Univerzuma. Većina ljudi živi svoj svakodnevni život gotovo i ne misleći o stvarima koje nas okružuju, na materiju oko nas. Retko ko razmišlja o tome od čega je sastavljena svetlost Sunca, svetlost koja nam omogućava da živimo i budemo ovakvi kavi smo. Još manje je onih koji razmišljaju o prirodi gravitacije. Naravno, Zemlja, Mesec, Sunce su ogromna tela, mnogo puta veća od nas, ali postoje i sitne čestice, važnije i od Sunca i od nas samih, čestice od kojih smo sazdani i mi i Sunce i od čije stabilnosti zavisimo.

Podjednako “udaljeni” i od atoma i od zvezda mi proširujemo naše istraživačke vidike da bi smo sagledali i ono što je suviše malo i ono što je suviše veliko. Da bi odgovorili na mnoga pitanja koja nas okružuju mi gradimo “slike sveta”.

Zavisno od razvijenosti, ili bolje rečeno nerazvijenosti ljudskog društva ljudi su gradili sopstvene slike njima poznatog sveta. Način tumačenja sveta oko nas prilično se menjao kroz istoriju. Počelo se od tumačenja Zemlje kao ravne ploče, a stiglo da hipoteza o Veikom prasku, a o tome šta će se dešavati u budućnosti ne možemo ni da zamislimo.

Od Eratostena do Njutna

Stari narodi su primetili neke pravilnosti u svetu koji ih je okruživao; posle dana uvek je dolazila noć, na mestu Sunca pojavljivali su se Mesec i zvezde. Zvezde su se uglavnom pojavljivale na istom mestu svake noći. Grčki mornari su znali da po zvezdama odrede svoj položaj. Znali su da bogovi, bez obzira na to što se ponekad “gađaju” munjama i gromovima iz nekog razloga ipak dopuštaju da se stvari odigravaju po preciznim zakonima. Radoznali Grci koristili su svoje izoštrene posmatračke sposobnosti da otkriju kako ti zakoni deluju

Naravno, i oni su pravili greške. Zemlja na kojoj su stajali morala im je izgledati kao nešto najčvršće i najpouzdanije što na svetu postoji. Svako bi pomislio (osim ako zna da to nije tako) da Zemlja stoji, da je nepomična. Ovo je razlog zbog čega je Vavilonska zamisao o Zemlji koja se ne kreće, ali iznad koje se obrće neka vrsta kupole sa zvezdama bila u toku sledećih 3.000 godina (nakon što su je Vavilonci definisali) prihvatljiva manje više svakom, pa i starim Grcima. Aristotel ju je takođe prihvatio. Iz nekih mističnih razloga pretpostavio je da je kružno kretanje najsavršenije, kao i da se Zemlja nalazi u središtu svemira a da se sve ostalo kreće oko nje po kružnim putanjama. Ali, nije se dosetio nijednog načina da to naučno proveri. Drugima je preostao zadatak da posmatraju svet i iz tog posmatranja izvlače zaključke.

Starogrčki filozof Eratosten prvi je dokazao da je Zemlja lopta, a ne ravna ploča, kako se do tada verovalo, i izračunao je njen obim sa neverovatnom tačnošću. Tada je u Staroj Grčkoj postojao jedan veliki problem. Pet zvezda je lutalo po noćnom nebu i nije bilo načina da se njihov položaj matematički predvidi. Zbog takvog ponašanja ove zvezde dobile su naziv “zvezde lutalice”. Bili su to planete – Merkur, Venera, Mars, Jupiter i Saturn, a naziv je potekao od grčke reči planetos što znači lutalica.

Proteklo je još mnogo napornih posmatračkih noći dok Grci nisu odredili putanje ovih objekata. Uvideli su da su mnogi delovi tih putanja vrlo zakrivljeni. Platon je uputio apel svim grčkim školama filozofije da sve svoje umne napore usredsrede na razradu nekog sistema krugova, kojima bi “krivudanje” ovih objekata moglo dobro da se objasni. Jer ako bi se ispostavilo da i planete kruže oko Zemlje na neki besprekoran način, simetrija će pobediti, a matematičko savršenstvo vasione će se održati, svet će biti baš onakav kakvim ga je Aristotel zamislio.

Predlozi su stizali. Među njima bilo je i nekoliko zaista domišljatih. Jedan pristup je predlagao da se Zemlja ne nalazi baš u centru planetarnih orbita. Time bi bila objašnjena promena sjaja planeta, ali i dalje bi ostao problem “kreni – stani” putanja. Stigao je i predlog po kome planete kruže ne oko Zemlje, nego oko jedne tačke koja kruži oko Zemlje po putanji koja je kružnica. Takve manje orbite planeta oko neke pomoćne tačke nazvane su epicikli. Ovim su bila postignuta dva rezultata – tokom kruženja po epicikličnoj putanji planete se zaista približavaju i udaljavaju od Zemlje, što objašnjava promene njihovog sjaja, a i prividno vraćanje planeta unazad bilo je dobro objašnjeno. Ostao je samo jedan mali problem – ni za jednu od uočenih pet planeta posmatranja se nisu uklapala ni u jednu od ovih konfiguracija.

U drugom veku pre naše ere jedan čovek je konačno sve ovo uklopio u jedan sistem. Bio je to Ptolomej. Prema njegovom modelu pet planeta je kružilo po epiciklima, a centri epicikala kružili su oko Zemlje po kružnicama. Novina koju je on uveo bila je ta da kružnice nisu koncentrične, a Zemlja se nije nalazila ni blizu centra neke od njih. Ovoj “slici svemira” Ptolomej je dodao i Mesec i Sunce. Ptolomej je dodao i još jednu, osmu sferu. Bila je to sfera gde su bile raspoređene zvezde nekretnice koje ne menjaju položaj jedna u odnosu na drugu, ali one su kao celina kružile oko Zemlje. Sada je bilo moguće matematičkim putem objasniti sva ta čudnovata kretanja sjajnih objekata na noćnom nebu, a ako se neko posmatranje ne bi uklopilo sa predviđanjima teorije samo je trebalo dodati još nekoliko epicikala i sve bi se našlo na svom mestu.

Ovakav model prostora oko nas u potpunosti je odgovarao učenju Crkve i to je doprinelo da se on održi čitavih hiljadu godina.

Prvi ko je posumljao u ispravnost Ptolomejevih ideja bio je poljski sveštenik Nikola Kopernik. On je uvideo da je Ptolomejev model prosto prenatrpan sve većim brojem epicikala a da sve to može veoma pojednostaviti ako “pokrene Zemlju a zaustavi Sunce”. To je i uradio. Kopernik je smatrao da je Sunce centar svemira a da Zemlja i ostale planete kruže oko njega po kružnim putanjama. U početku Kopernik se plašio reakcije Crkve, po kojoj je Bog stvorio čoveka i Zemlju i dao im posebno mesto u Univerzumu, pa je svoje radove u početku objavljivao anonimno. Tek kasnije, kad je video da Crkva ćuti, on je počeo da potpisuje svoje radove. Crkva opet nije reagovala. Međutim, za razliku od Crkve naučnici širom Evrope vrlo su se zainteresovali za ovaj Kopernikov heliocentrični model sveta.

Jedan od tih naučnika bio je Johan Kepler, nemački astronom koji je živeo u Pragu, u Češkoj. On nije imao mnogo mogućnosti da se bavi osmatranjem neba, ali zato je bio izvrstan teoretičar. Njegov rad prvenstveno je bio usmeren na pronalaženje razloga zbog čega bi se jedno telo kretalo oko drugog. Došao je na ideju da uzrok tog kretanja može da bude magnetizam, ali nikako nije mogao da se pomiri sa činjenicom da jedna takva sila deluje na tako ogromnim rastojanjima. Njegov sledeći talas nadahnuća bio je malo drugačiji – došao je na ideju da se planete ne kreću po kružnim, već po eliptičnim putanjama. Postojala je samo jedna mogućnost da se ovo proveri, a za to je trebalo da pokupi dovoljno što tačnijih rezultata posmatranja. Čuo je za jednog čoveka koji mu je mogao pomoći. Bio je to Tiho Brahe. Brahe je bio mnogo stariji od Keplera i već je bio slavan zbog tačnosti svojih astronomskih posmatranja. Radio je na dvoru Danskog kralja. Postoji nekoliko verzija o tome kako su se Kepler i Brahe sreli. Po jednoj, najzanimljivijoj ali malo verovatnoj, Kepler je krenuo na put do Brahea, ali ovaj nije hteo da ga primi plašeći se da mladi Kepler ne iskoristi rezultate Braheovih posmatranja i objavi neku “veličanstvenu istinu” prisvajajući svu slavu za sebe. Po ovoj priči Kepler se vratio u Prag praznih ruku. Onda je Brahe došao na ideju da Kepleru može da da podatke za samo jednu planetu i vidi šta će ovaj da uradi, a posle on, Tiho Brahe da uradi isto to za ostale planete. Sad je Brahe krenuo na put do Keplera noseći mu podatke za Mars. Kepler je bio oduševljen ovom ponudom. Kad je uporedio podatke posmatranja i svoje proračune na osnovu eliptičnih orbita sve se savršeno uklopilo (možete da zamislite kako se Brahe osećao kada mu je Kepler reko da mu podaci za preostale planete nisu ni potrebni, pošto eliptična orbita odgovara jednoj planeti onda odgovara i svima ostalima).

U stvarnosti je najverovatnije bilo malo drugačije, ali jedino je važno da je zasluga i Keplera i Brahea podjednako velika, i da su njih dvojica dokazali da su orbite planeta elipse, a ne krugovi, kako se do tada mislilo.

Ni ovo nije izazvalo nikakvu reakciju katoličke Crkve, najverovatnije jer su Češka i Danska delovale suviše daleko. Ali, ubrzo došlo je do velikog sukoba između nauke i Crkve i to u baš u Rimu. Uzrok tome bio je Galileo Galilej. On je bio u velikoj prednosti u odnosu na svoje prethodnike. Posedovao je teleskop, koji je sam konstruisao i kojim je pažljivo posmatrao noćno nebo. Baš uz pomoć tog teleskopa došao je do nekih važnih otkrića – uočio je kratere na Mesecu, pege na Suncu, ali što je najvažnije uočio je i četiri Jupiterova satelita. Otkriće ovih satelita bila je ona prekretnica koja je Galileju dokazala da Ptolomejevo učenje nije tačno i da je Kopernik bio u pravu. Galilej je iznenada počeo javno da podržava Kopernikovo učenje. Čak je išao toliko daleko, da je tvrdio da Biblija, na mestima gde je u sukobu sa zdravim razumom i sa naučnim otkrićima, ne govori bukvalno, nego alegorično Ovog puta Crkva je morala da reaguje, primorala je Galileja da se odrekne svojih učenja. Iako je Galilej poklekao pred Crkvom, širom sveta se učvrstilo saznanje da je nauka dokazala nove istine o svetu, istine koje je nemoguće zaobići. Crkva je ubrzo morala da se pomiri sa činjenicama. Svemir Nikole Kopernika podržan je eliptičnim orbitama Keplera i osmatranjima Galileja, preostao je samo jedan problem: kako objasniti silu koja održava planete na orbitama. Odgovor na ovo pitanje dao je Isak Njutn. Bila je to sila gravitacije. Njutn je potpuno objasnio zbog čega se planete kreću oko Sunca po eliptičnim putanjama. Pored sile gravitacije, Njutn je uveo još jednu novinu u Kopernikov svemir – pomerio je Sunce. Sunce je prestalo da bude centar vasione, postalo je samo jedna zvezda kao i milijarde drugih oko nas.

Čovečanstvo je konačno stvorilo sliku sveta onakvu kakvu i danas poznajemo. Svemir ispunjen galaksijama. U jednoj sasvim običnoj spiralnoj galaksiji, koju mi nazivamo Mlečni put, nalazi se jedna sasvim obična zvezda, koju mi ljudi nazvasmo Sunce. Oko te zvezde kruži devet planeta, mnogo satelita, kometa i asteroida. Među tim planetama nalazi se i naša “plava planeta” – Zemlja. Mlečni put, Sunce, Zemlja za nekog posmatrača daleko odavde su potpuno beznačajni, samo svetle tačke na tamnom nebu (ako uopšte može i da ih vidi), a za nas to su najvažnije stvari, ono bez čega mi ne bi smo postojali. Na prvi pogled sve ovo deluje nepromenjivo i večno, ali da li je tako? Odakle je su se stvorili Sunce, Zemlja i mi?

Do sada je bilo reči isključivo o tome kako su ljudi u različitim dobima razvijenosti civilizacije smatrali da izgleda prostor koji ih okružuje i šta se u njemu događa. Prošlo je mnogo vekova dok neko nije stekao hrabrosti da pomisli, a kamo li da javno kaže, kako su Sunce i Zemlja nastali. Ljudi su smatrali da je po tom pitanju sve kristalno jasno. Na tom planu Crkva je bila vrlo moćna a ideja je bila jednostavana – Bog je stvorio svet onakav kakav ga mi vidimo, priča o nastanku sveta zapisana je u Bibliji. Ali, vremenom javljali su se ljudi koji nisu bili zadovoljni ovakvim tumačenjem. Počele su da se rađaju nove priče o tome kako je nastalo Sunce, Zemlja, čovek…